挖掘机载荷谱模拟及动臂动态分析
70吨大型液压挖掘机动臂有限元分析
70吨大型液压挖掘机动臂有限元分析一、动臂计算工况挖掘机在工作过程中，作业对象千变万化，土质及施工现场也各异，其工作装置运动与受力情况比较复杂。
故选择了最危险工况来进行强度校核。
工况一：1)、动臂位于最低（动臂油缸全缩）；2）、斗齿尖、铲斗与斗杆铰点、斗杆与动臂铰点三点位。
图1 工作装置挖掘姿态（工况一、二）工况二：在工况一的基础上：3）斗边点遭遇障碍，侧向力W k。
工况三：1)、动臂位于动臂液压缸作用力臂最大处；2）、斗杆油缸作用力臂最大（斗杆油缸与斗杆尾部夹角为90°）；3）铲斗发挥最大挖掘力位置，进行正常挖掘。
工况四：在工况三的基础上：3）斗边点遭遇障碍，侧向力W k。
图2 工作装置挖掘姿态（工况三）三、斗杆受力分析1）、斗杆铰点载荷的确定①计算工况一：θ1=-41.68°，θ2=131.684°，θ3=180°。
从重庆大学反铲分析软件中提取进行有限元分析所需要的数据：动臂缸作用力为：-927.87kN；斗杆缸作用力为：423.386KN；铲斗缸作用力为：318.225kN；动臂油缸铰点：Rx=915.301 kN；Ry=150.391 kN；斗杆油缸铰点：Rx=264.623 kN；Ry=330.5 kN；斗杆动臂铰点：Rx=-370.888 kN；Ry=-376.969 kN；图3挖掘工况一、二示意图②计算工况二：在工况一的基础上，加上侧齿障碍产生的弯矩和扭矩，及侧向力W k=23.638 KN。
③计算工况三：θ1=4.504°，θ2=111.993°，θ3=151.371°。
图4 挖掘工况三示意图从重庆大学反铲分析软件中提取进行有限元分析所需要的数据：动臂缸作用力为：-927.87 kN；斗杆缸作用力为：834.065 KN；铲斗缸作用力为：584.42kN；动臂油缸铰点：Rx=656.101 kN；Ry=656.106 kN；斗杆油缸铰点：Rx=832.213 kN；Ry=55.55 kN；动臂斗杆铰点：Rx=-1046.18 kN；Ry=20.38 kN；④计算工况四：在工况三的基础上，加上侧齿障碍产生的弯矩和扭矩，及侧向力W k=15.165 KN。
液压挖掘机工作循环数学建模与动态特性分析
03
动态特性分析
动态特性研究方法
建立数学模型：通过建立液压挖掘机的数学模型，分析其动态特性 仿真分析：通过仿真软件，对液压挖掘机的动态特性进行仿真分析 实验验证：通过实验，验证液压挖掘机的动态特性 优化改进：根据分析结果，对液压挖掘机的动态特性进行优化改进
挖掘机的动力学分析
挖掘机动力学模 型：描述挖掘机 运动和受力的数 学模型
预测液压挖掘机的工作性能 优化液压挖掘机的设计参数 提高液压挖掘机的生产效率 降低液压挖掘机的生产成本
在使用阶段的应用
预测挖掘机的工作性能 优化挖掘机的工作参数 评估挖掘机的故障风险 提高挖掘机的工作效率
在维护阶段的应用
预测故障：通过数学模型预测液压挖掘机可能出现的故障 优化维护计划：根据数学模型优化维护计划，提高维护效率 监控设备状态：通过数学模型监控液压挖掘机的工作状态，及时发现问题 提高设备利用率：通过数学模型提高液压挖掘机的利用率，降低维护成本
动力学方程：描 述挖掘机运动和 受力的微分方程 组
动力学分析方法： 数值积分法、有 限元法等
动力学分析结果： 挖掘机在不同工 况下的运动和受 力情况
动态特性的影响因素
液压系统的压力和流量 挖掘机的工作循环模式 挖掘机的结构设计和材料选择 工作环境和操作条件
动态特性的优化策略
优化液压系统的 压力和流量
液压挖掘机工作循环的数学建模与动态特性分析还可以为液压挖掘机的故障诊断和维修提供参 考。
对未来研究的建议
深入研究液压挖掘机的工作循环数学建模，提高模型的准确性和可靠性 研究液压挖掘机的动态特性，提高其工作效率和稳定性 研究液压挖掘机的节能减排技术，降低能耗和排放 研究液压挖掘机的智能化技术，提高其自动化和智能化水平
挖掘机动臂有限元模态分析
中 图分 类 号 ：Ｈ１ ，Ｕ ２ 文 献标 识码 ： Ｔ ６Ｔ ６ １ Ａ
挖掘机工作装置的传统设计多采用静力计算确定工作装置
当系统的 自由度很大时对这样一组耦合方程进行求解将非 模态分析方法就是以无阻尼的各阶主振型所对应的模态 的受力 ，依靠 安全系数的选取保证其强度及 可靠性的经验方法 ， 常困难 。 １解耦 ， 变成各个独立的微分方程 。 对 而未能充分考虑其工作 过程 中所受动态载荷带来 的冲击与振动 坐标来 代替物理坐标使式（ ） 问题 。挖掘机作业过程中工作装置时刻处于振动之 中， 且其振动 式（） １ 进行拉氏变换后得到： 怕【］ ） （）＿ ） （） ｓ ｃ＋ ｛ ｓ ｝（ ｝ ２ 陶 ｘ ５
ｒ ｄｏｔｎｔｏｓ ｅ ｗ ｉ ｒ ａｓｌｔｆｅｎｓ ａｄｐａｔ ａ ｒｓ ｉ ｉ ．ｔａｔｔｅ ｏ ｅ ５ｍｏｅ ｒ ｉ ｕ ｉ ｗ ｔ ｓ ｈｃ ａｅ ｂｏｕｅ ｒｅｅｓ ｎ ｒ ｉ ｅｔｃｏ Ａ ｓ． ｒ１ ｄｓａｅ ｅ ｔ ａ ｈ ｃ ｃ ｌ ｒｔｎ ｌ ｈ ｆ ａｏｔｄａｄｅｔｎ ｅ．ｓｉｈｒｎ ｅｕｎｙａｄｍ ｉ ｉｒ ｉ ｏｅｉｒｖｅ ｅ．ｈ ｔｄ ｒｖｄｓｉ— ｄｐｅ ｎ ｘｅｄｄＩ ｎ ｅｅｔｒｑｅｃ ｎ ａｎｖ ａ ｏ ｍ ｄ ｓ ｅｉｗ ｄＴｅｓ ｙ ｐｏｉｅ ｍ— ｔ ｆ ｂ ｔｎ ｕ ｐ ｒ ｔ ｏｅ ｐ ａ ｅｅｆｒ ａｙｉｏ ｍ ｃｖ ｏ， ｄｉｐｏｉｅｆｕ ｄｔ ｎｏ ｅａａ ｓ — ｏｔ ｄｌ ａ ｍ ｔｒｏ ｌ ｓｆ ａ ｏ ｅ ａａ ｒａ ｔ ｒｖｄｓ ｏｎ ａｉ ｔ ｌ ｉ ｏ ｄ ｎ ａ ｍ ｒ ｎ ａ ｓ ｒ ｆ ｘ ｔ ｎ ｏ ｆ ｈ ｎ ｙ ｓｆ ｙ ｎ ｉｐ ｒ ｒ ｎｅａｄｏｔ ｉ ｉ ｒｃｕａ ｙａ ｉ ｃａａｔ ｉｉ ｆｒｔ ｍ ｏ ｃｖ ｏ ｄｔｅ ｍ ｆ ａ ｃ ｅ ｏｍａｃ ｉ ｚ ｏ ｏ ｓ ｕｔｒ ｄｎ ｃ ｈｒ ｅｓｃ ｏ ｅａ ｅ ａａ ｒａ ｎ ｐ ｍ ａ ｎｆ ｔ ｔ ｌ ｍ ｃ ｒ ｔｓ ｈ ｒ ｆ ｘ ｔ ｎ ｈ
挖掘机动臂动态应力测试及优化设计
挖掘机动臂动态应力测试及优化设计
王经聪;季辉
【期刊名称】《建设机械技术与管理》
【年(卷),期】2012(000)006
【摘要】动臂是挖掘机直接承受工作载荷的主要承力部件,动臂的损坏通常是疲劳损坏,即为在实际工作应力远没有达到设计须用应力的情况下,由于长期的交替变载对工件造成的损坏,因此研究动臂的动态应力变化更具实际意义.本文通过实测挖掘机动臂结构强度影响最大的工况和载荷下的动臂的动态应力值,采集实测数据与有限元分析得出的数据进行比较,以此为基础对有限元分析的模型参数设置进行修正,达到有限元分析和实际实验结果相符合的目的,为动臂的优化设计提供有效的参考依据.
【总页数】5页(P102-106)
【作者】王经聪;季辉
【作者单位】力士德工程机械股份有限公司;力士德工程机械股份有限公司
【正文语种】中文
【相关文献】
1.关于某液压挖掘机动臂后支座结构的优化设计 [J], 凌媚
2.挖掘机动臂应力测试及优化 [J], 朱静波;罗一平;刘心田;赵礼辉;任红娟;陈复之
3.挖掘机动臂有限元分析与优化设计 [J], 易广建
4.基于RecurDyn和ANSYS的液压挖掘机动臂结构优化设计 [J], 管琪明;解思状;
贺福强;曹刚
5.液压挖掘机动臂有限元分析及优化设计 [J], 黄建娜;王璇;刘松林
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挖掘机动臂运动分析
值 Ｉ０ ， 时 动 油 长 Ｌ一云飞。 “ａＬ 此 ， 臂 缸 度 ‘ 了二歹 ｍ ５ ｘ
３ ． 斗杆运 动 分析 ．２ ３ 如下 图 ３ －４所示 ，Ｄ 点为斗杆 油缸 与动臂 的饺 点，Ｆ点 为动 臂与斗
杆 的 铰 点 ， Ｅ点 为 斗 杆 油 缸 与 斗 杆 的 铰 点 。
ａｏ Ｌ Ｃ ＝ ａ ｇ＝ Ｂ Ｕ 材一 由图知ａ， Ｕ Ｆ ， “ 二二 ２ Ｌ ＝ 。 ： ，， ＝ Ｃ ａ 一
故 图中几 何关 系知 ： Ｘ， ， ，ｃｓ ， ＝Ｘ． ＋Ｌ ・ｏａ， ２
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机 构型式 不过几 种 ，且它们之 间还存在 着许 多共同点 ，现对最典 型的结构 型式 作详细 的运动 分析 ，当反铲机构 的几何参 数确定以后 ，反铲 机构 的运 动就 取决 于动 臂 油缸的长 度 Ｌ ， Ｌ、斗杆 油缸 的长度 Ｌ ： Ｌ 和铲斗油 缸的长度 Ｌ３ Ｌ ，现 选取 固定直 角坐标 系 Ｘ Ｙ对 反铲 机构进 行运动 分析 。 Ｏ ３ ． 动臂运 动 分析 ．１ ３
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图 ３２ 动 臂运 动计 算简 图 －
图 ３３ 动 臂摆角 范围 －
（ ）动臂的摆角ｏ是动臂油缸长度 Ｌ 的函数，动臂上任意一点在任 Ｉ ｌ ｉ ，
为简化之 ，本文特 采用 以下方法 ，先分 析固定 坐标 系方式 下反铲工作装置 各 个机构 的运动 特性 ，得 到一系列 运动方程 ；再选 用变换矩 阵法来进 行综
合 运 动 分 析 ， 同 时 得 到 数 学 公 式 表 述 更 简 洁 且 有 利 于 计 算 机 编 程 的运 动 关 系方程 。 反铲 装置的 具 体 结 构 型 式 有 多 种 ，按 运 动 学 分 析 ，其 中 有 实 质 差 别 的
挖掘机动臂的有限元分析
５ ． ２工 况 二
挖掘机处 于停 机面最大挖掘半径处 ， 铲 斗挖掘 ， 铲斗在发挥 最 挖 掘机处于铲斗挖掘 ， 铲斗在发挥最大挖掘力位置进行挖掘 。 大挖掘力位置进行挖掘。 经计算 ，工况二 中动臂 最大 变形量 为 ２ ． ３ １ ３厘 米 ，最 大应 力 该位置 出现在斗杆油缸全缩 ， 铲斗齿尖 、 斗 杆与铲斗铰 接点及 ２ ６ ７ ． ７ Ｍ Ｐ ａ ， 与许用应力 ３ ４ ５ ＭＰ ａ 相 比， 该工况位置的受力是安全 的。 斗杆与斗杆油缸铰接点这三点处 于同一直线上 ， 且大臂油缸缩进使 ５ － ３工 况 三 铲斗齿尖处于地面上。 工况三 中动臂最 大变形 量为 ２ ． １ ４ ４厘米 ，最大应力 ２ ９ ０ ． ３ ＭＰ ａ ， １ ． ２ 工 况 二 与材料许用应力 ３ ４ ５ Ｍ Ｐ ａ 相比， 该 工况位置 的受力安全 。 挖掘机处 于最深挖掘位置处 ， 铲斗挖掘 ， 铲 斗在发挥最 大挖掘 ６ 结 论 力位置进行挖掘。 根据 Ｐ ｒ ０ ， Ｉ Ⅵ Ｅ ｃ Ｈ Ａ Ｎ Ｉ Ａ ｃ Ａ计算 可知 ， 在三种 工况下 ， 挖掘 机在工 此位置 出现在动臂油缸全缩 ， 即动臂位 置最低处 ， 此 时斗杆与 况三状态时， 即挖掘机处于动臂 、 斗杆最大受力位 置 ， 挖掘机 动臂 的 斗杆油缸铰接点 、 斗杆与铲斗铰接点及铲斗齿尖在 同一直线上且垂 受力最大 ， 这也和工程实 际相 符 ， 工况 三位置挖掘机 动臂 的受 力依 直于挖掘面 。 然安全 ， 由此可以得出 ， 本挖掘机动臂结构完全符合结构强度要求 。 １ ． ３ 工 况 三 ， 参考文献 大臂 、 斗杆处 于最 大受力位置处 ， 铲斗在发 挥最大挖掘 力位置 【 １ １ 康 海 洋． 液 压 挖 掘 机 动臂 结 构动 态分 析 ［ Ｄ １ ． 进行挖掘 。 ［ ２ 】 杨彩红， 马永杰 ． 基 于有 限元的挖掘机 动臂性 能优 化分 析［ Ｊ ］ ． 机械
基于Pro／E5.0和ANSYSWorkbench14.5的挖掘机动臂有限元分析
基于Pro／E5.0和ANSYSWorkbench14.5的挖掘机动臂有限元分析文章以反铲挖掘机的动臂为研究对象，对挖掘机最典型的几种工作状况进行分析，利用Pro/E和ANSYS Workbench两种CAE软件，先在Pro/E中建立了液压挖掘机动臂的三维模型，再对模型进行了强度分析和变形分析，给挖掘机动臂的设计提供了依据。
标签：挖掘机；工作装置；动臂；有限元前言挖掘机是工程建筑机械的主要机种之一，在建筑、交通、采矿、国防及城市建设等土石方施工中起着十分重要的作用。
随着应用范围的日益扩大，在设计理论和方法、分析和研究手段也有了质的飞跃。
本文利用PRO/E建立挖掘机的动臂模型，经Pro/E算出各铰点的受力情况，再利用ANSYS Workbench14.5对动臂的结构强度进行分析。
充分利用这2种CAE软件各自的特点，从而提高对问题的分析效率和计算精度。
1 动臂模型的建立反铲挖掘机的结构如图1所示，其工作装置主要有铲斗、铲斗液压缸、斗杆、斗杆液压缸、动臂以和动臂液压缸。
先对动臂实体结构特征进行分析，确定这些结构特征建立的先后顺序和每个实体特征的建立方法，保证模型所包含的参数尺寸尽量少，结构特征尽量简单。
分析和确定结构特征后，建立动臂模型。
Pro/E 提供了完整的建模功能，利用拉伸、旋转、切割、扫描、切除和抽壳等基本功能和曲面设计，建立工作装置的实体模型。
2 Pro/E与ANSYS对接3 动臂有限元分析3.1 定义单元属性、材料有关特性目前，绝大多数挖掘机的工作装置为不同厚度的16Mn钢材焊接而成，其屈服强度在275MPa附近。
Workbench实体单元类型采用默认的SOLID187，由于Workbench中没有16Mn，需添加新材料赋予新属性，设置动臂材料的基本参数如表1所示。
3.2 动臂网格划分一个好的网格非常重要，可以在求解过程中将误差降低到最小，避免引起数值发散和不正确得到不准确的结果，甚至还会导致不能求解。
挖装机大臂座动力学分析和疲劳寿命预测
关键词院挖装机；多体动力学仿真；疲劳寿命预测
Key words: excavating machine；multi-body dynamics simulation；fatigue life prediction
中图分类号院F416.42
文献标识码院A
文章编号院1674-957X（2021）14-0064-03
图 2 挖装机挖掘装置三维实体模型
1.2 挖装机工作装置动力学仿真 将建立好的三模模 型导入 ADAMS，添加合理连接副、驱动副与驱动函数。现 实生活中，挖装机扒斗在工作过程中主要受到挖掘阻力和 物料重力，为了提高挖装机工作效率，挖装机主要采用复 合动作进行扒挖物料。为了减少不必要的仿真试验，论文 笔者只对挖装机正面扒挖物料的工况进行仿真，其他工况 受力情况类似。各油缸驱动函数如表 1 所示，工作装置虚 拟样机如图 3 所示。
simulation is carried out to obtain the stress variation curve of the parts of the excavator during the working process.The fatigue life of the
excavator boom is predicted by the load spectrum which is synthesized by the force curve of the components. The results show that the
挖掘机斗杆载荷谱测试方法及其数据处理
挖掘机斗杆载荷谱测试方法及其数据处理1.绪论背景介绍研究目的与意义国内外研究现状2.挖掘机斗杆载荷谱测试方法挖掘机斗杆载荷谱的意义和目的斗杆载荷谱测试方法的种类和原理测试工具的选择和使用测试过程及注意事项3.挖掘机斗杆载荷谱测试数据处理数据采集和处理方法数据分析及结果展示误差分析及减小方法4.挖掘机斗杆载荷谱的应用挖掘机斗杆载荷谱在设计中的应用挖掘机斗杆载荷谱在研究中的应用挖掘机斗杆载荷谱在生产制造中的应用5.结论挖掘机斗杆载荷谱测试方法不断完善的方向挖掘机斗杆载荷谱对挖掘机行业的影响未来挖掘机斗杆载荷谱研究方向及展望第一章：绪论1.1 背景介绍挖掘机是重工业中常见的一种工程机械，其主要用途是挖掘地面或者挖掘机械切割物的机械。
近年来，随着挖掘机的吨位不断增加和工作条件的变化，挖掘机斗杆的承载力和稳定性等问题也逐渐受到关注。
由于挖掘机斗杆的承载能力直接关系到工作效率和安全性，因此需要对挖掘机斗杆的承载能力进行研究和分析，提高其承载能力和工作效率。
1.2 研究目的与意义本文旨在探讨挖掘机斗杆载荷谱测试方法及其数据处理方法，以提高其在挖掘机设计、生产制造和实际应用中的效果。
具体研究如下：（1）探明挖掘机斗杆载荷谱测试方法的种类、原理及测试工具的选择和使用；（2）研究挖掘机斗杆载荷谱数据采集和处理方法，制定数据处理方法和误差分析及减小方法；（3）分析挖掘机斗杆载荷谱数据在挖掘机设计中的应用和工作中的应用，并对未来挖掘机斗杆载荷谱研究方向及展望进行分析和总结。
1.3 国内外研究现状目前，国内外对挖掘机斗杆的承载能力和稳定性的研究已经取得了一些进展。
国内外很多学者对挖掘机斗杆的力学性质和稳定性进行了分析和研究，有关挖掘机斗杆横向振动、纵向振动、斗杆强度设计、斗杆疲劳寿命等方面的研究也在不断深入。
但是，挖掘机斗杆的载荷谱测试方法目前仍比较欠缺，因此有必要对其进行深入研究和探索。
第二章：挖掘机斗杆载荷谱测试方法2.1 挖掘机斗杆载荷谱的意义和目的载荷谱是一种记录在不同时间段内承载的载荷变化的曲线，通常用于检测和分析机械设备及其部件的动态性能和稳定性能。
挖掘机实际挖掘仿真及动臂结构改进
机械设计与制造
圆园19 驭 酝葬灶怎枣葬糟贼怎则藻
51
挖掘机实际挖掘仿真及动臂结构改进
蔡 立，贾春玉，刘 伟
（燕山大学机械工程学院，河北 秦皇岛 066004）
摘 要：挖掘机作为重要的工程机械，广泛的应用于各个领域，在土石方工程中起着举足轻重的作用。工作装置是挖掘机 的重要组成部分，直接参与挖掘工作，其结构的强度、刚度对挖掘机整体性能有着重要的影响。采用 ANSYS 软件中 APDL 语言建立有限元模型，将阻力系向切削刃合成，运用雅克比矩阵法建立挖掘机阻力计算模型，将计算结果施加到有限元 模型上模拟实际挖掘过程中载荷，同时与实际应力测试结果对比，验证该方法的正确性，在不同工况下对挖掘机有限元 模型进行分析，选出最危险工况，对受力最大部件动臂进行结构改进，改进后整体结构最大应力减少 46.9%。 关键词：挖掘阻力；雅可比矩阵法；动臂；结构改进 中图分类号：TH16；TH114 文献标识码：A 文章编号：员园园员-3997（圆园19）04-0051-04
Actual Excavation Simulation of Excavator and Improvement of Boom Structure
CAI Li，JIA Chun-yu，LIU Wei
（School of Mechanical Engineering，Yanshan University，Hebei Qinhuangdao 066004，China）
粤遭泽贼则葬糟贼：A s an important engineering machine，excavator is widely used in various fields and plays a vital role in the cubic metro engineering. W orking device is an important part of excavator and directly involved in the mining work. Structure strength and stiffness of excavator have great effect on its overall performance. A dopting APDL language in ANSYS software to establish the finite element model，the resistance is made to the cutting edge. The digging resistance calculation model is set up by using Jacobi matrix and the calculation results was applied to the finite element model to simulate the actual mining process load. A t the same time，we compare it with the actual stress test results and verify the correctness of this method. The finite element model of excavator is analyzed under different working conditions to choose the most dangerous working conditions and improve structure of the largest stress components derrick. A fter the improvement，the overall structural maximum stress reduced by 46.9%. Key Words：Excavation Resistance；Jacobian Matrix Method；Moving Arm；Structural Improvement
装载机动臂动力学仿真分析
本文对 ZL15 轮式装载机动臂在变载荷状态 下做动力学仿真分析。根据该型号装载机的已知 参数，对装载机动臂在整个工作过程的运动状态 建立动力学模型，并对动臂关键部位做受力分析， 确定动臂关键部位载荷变化情况。本研究重点在 于突破以往对动臂研究仅限于在静载荷条件下对 动臂进行强度分析的局限，利用 Solidworks 三维制 图软件中自带的动力学分析模块——Motion 插 件，对装载机动臂在变载荷条件下进行受力分析。
2）由于装载机工作装置位移响应是时间的函 数，故在机械系统中就会存在速度和加速度。因 此相对于静力学分析而言，动力学分析需要考虑 的因素更多。
总而言之，静力学分析用来求解结构与时间 无关的静力学载荷作用下的响应，并得出所需节 点的位移、节点力、单元力、单元应力和应变等[2]。 而不同于静力学分析，动力学分析常常用来确定
0 10000.0 5000.0
10.0
20.0
30.0
L/s
图 5 铲斗内物料重力-时间关系图
4）运动仿真。 在 Motion 插件中有多种方法可以对装载机工 作装置进行运动仿真。本文使用的方法是通过定
义工作装置中的转斗油缸和举升油缸内活塞运动
速度，使装载机工作装置运动符合装载机实际工
动载荷对整个结构或部件的影响，包括一般模态 及复特征值分析，频率及瞬态响应分析等[3]。
2 动力学分析
假设装载机工作过程动作方式分为铲装过 程、举升过程、卸载过程和下降过程一共 4 个工况 过程。已知装载机工作装置主要由铲斗、动臂、摇 杆、连杆、举升缸、转斗缸组成。动臂与其他各构 件间的铰点位置是动臂优化设计的对象、研究的 重点，而各构件的具体形状则对设计影响很小[4]。 将模型导入 Solidworks 采用 Motion 模块对装载机 工作装置进行仿真分析。
挖掘机动臂强度分析
WY10B挖掘机动臂强度分析（一拖（洛阳）工程机械有限公司洛阳 471003）摘要：以WY10B液压挖掘机为研究对象，对反铲挖掘机工作装置——动臂建立Pro/E实体模型，并用Pro/MECHANICA模块对挖掘机动臂的设计模型在受最大应力的危险工况下进行有限元强度分析。
对实体动臂在危险工况下进行实际应力测试，与有限元分析结果进行对比，分析差异，为挖掘机动臂改进提供理论和实际依据。
关键字：液压挖掘机动臂有限元应力中图分离号：**** 文献标示码：A1.概述液压挖掘机是工程机械的主要产品之一,具有较高的技术含量和工作效率，它被广泛应用于建筑、筑路、水利、电力、采矿、石油、天然气管道铺设和军事工程等基本建设之中。
动臂是挖掘机工作装置(铲斗、斗杆、动臂) 3 大部件之一[1],是主要承载件。
在挖掘过程中,动臂直接或间接承受很大外力。
作业环境的状况也对动臂的强度和变形在一定程度上造成很大影响。
目前,在国内液压挖掘机设计中,对动臂的应力进行分析的较多,而对理论与实际结合分析较少。
本文结合WY10B挖掘机的实际作业工况,对挖掘机动臂在受力最大的典型工况下挖掘时进行强度分析和实际应力测试,为挖掘机动臂设计提供理论和实际依据。
2.计算工况选择对挖掘机动臂进行强度分析时,分析采用的工况必须是有限元模型受力最大的危险工况[2]。
根据挖掘机的连接情况, 使用Pro/ MECHANICAMOTION 模块对其进行动力学分析,利用Pro/MECHANICA MO TION 模块的运动仿真功能,模拟工作装置的运动情况,求出了动臂受力最大的工况。
分析发现,危险断面最大应力发生在采用铲斗挖掘的工况下，因此计算位置可按以下条件确定：1）、动臂位于动臂油缸作用力臂最大处；2）、斗杆位于斗杆油缸作用力臂最大处；3）、铲斗位于发挥最大挖掘力位置。
3载荷计算工作装置各构件通过销连接，在计算工况中不考虑偏载的影响，可以认为其只承受X、Y向的力，整个结构为静定结构，在计算工况中，铲斗缸产生主动力，大腔半径为27.5mm，压力为28MPa，则最大推力为：F G =R G=πr2P=π×0.02752×28×106=66489.5 N分别求得动臂各铰点的反力如下：动臂各铰点支反力：以上求出的力都是合力，在实际结构中，铰点处的受力并非集中力，而其附近的应力分布又是我们所关心的，为模拟实际情况，作如下假定：1）、载荷在X-Y面内在180°范围内按余弦分布；2）、分布力的方向为沿销孔表面的法向；3）、载荷在Z向均布；由假定构造载荷分布函数为： 式中：F (θ ) = A cos (θ-α) (1) A 为待定常系数，合力R 已知，分布力F 在P 向的合力应等于R ，即式中：l 为销孔长度，r 为销孔半径。
挖掘机动臂的有限元分析
挖掘机动臂的有限元分析挖掘机是一种广泛应用的工程机械。
尽管如此, 也往往是仿制, 缺乏建立在科学分析基础上的设计方法。
由于挖掘机作业的外载荷复杂多变, 难以采用传统的方法分析其结构特性。
我采用有限元方法对某挖掘机动臂的工作状态进行了分析, 对各国类似工作装置的设计有一定的借鉴意义。
该挖掘机的工作装置为反铲工作装置, 主要由动臂、斗杆、铲斗以及动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸组成。
动臂、斗杆和铲斗均由高强度钢板焊接而成的箱形结构, 动臂根部用一根销轴铰接在平台前端中部, 由两只铰接在转台前部的动力油缸支撑。
油缸作伸缩运动, 动臂作升降运动, 其结构如图 所示。
1. 动臂有限元模型的建立及分析模型的简化动臂的整体式弯臂采用大圆弧过度以减小该处的应力集中, 结构简单, 重量轻。
其主体框架由上盖板、下盖板、左侧板、右侧板焊接而成。
在建立有限元 模型时, 由于一些小构件对整体刚度影响很小, 如焊接上的限位板、吊耳等, 均予以忽略。
载荷的分析：根据国内几种反铲装置的构件近似重量表2-7]7[查出：满斗处于最大半径时，整个的工作装置的总重量为： 5.37654321≈+++++++=T G G G G G G G G G 总t 即：力F ≈3500kg ×0.98=.3430N其中，q G T )8.16.1(～=， 在这里取1.6q由于载荷种类多, 分布复杂, 许多载荷要等效成节点力。
动臂模型应该是边界上全部给定载荷的平衡结构。
铰销外载荷的处理: 在挖掘机的铰接装置中, 铰销是铲斗与斗杆、斗杆与动臂、动臂与油缸之间的传力体, 受力情况比较复杂。
以往对销与销孔之间接触应力的研究缺乏理论依据, 都是按余弦分布等假想分布形式进行等效处理。
实际其间的接触应力的分布与材质、接触方式、配合公差等诸多因素有关。
其中，动臂应力分析图的研究属性和应力结果为：1）.零件属性2）.材料属性3）.载荷和约束信息载荷集约束4）.研究属性5）.应力结果位移结果）.67）.安全系数8）.结论通过对模型的有限元计算及试验分析可看出,用板壳单元建立的该有限元模型是可靠、合理的, 并且说明用有限元方法对液压挖掘机的动臂进行分析是一种行之有效的方法, 它可以全面掌握动臂的强度和刚度, 从而指导结构的设计。
基于ANSYS的挖机动臂强度分析报告
基于ANSYS的挖机动臂强度分析报告1.概述：基于ansys软件对挖机动臂进行有限元分析，校核了动臂在几处铰孔载荷下的强度和刚度，最终计算表面，满足强度要求。
几何模型如下所示：图1 几何模型2.有限元建模动臂结构较为复杂，存在倒角、铰孔、凸台等不规则特征，所以采用四面体建模，单元类型选用solid185。
solid185单元用于构造三维固体结构.单元通过8个节点来定义,每个节点有3个沿着xyz方向平移的自由度.单元具有超弹性,应力钢化，蠕变,，大变形和大应变能力.还可采用混合模式模拟几乎不可压缩弹塑材料和完全不可压缩超弹性材料。
图2 solid185单元类型动臂结构材料为Q345，其弹性模量为 2.1e5MPa，泊松比为0.3，材料的屈服极限为345MPa。
如下图所示。
图3 材料属性对动臂结构进行网格划分，采用自由划分，网格为四面体结构。
如下所示，在铰孔等特征处需要对网格进行局部加密，因为这些为主要受力区域，会出现一定程度的应力集中，所以网格需要加密，同时圆孔需要加密网格才能体现出圆弧的特征，如果网格较小，圆孔体现出的是多边形特征，则此时结构的实际情况会失真。
图4 网格模型最终网格总数为42804，节点总数为9479。
3. 载荷约束对动臂结构进行约束加载，动臂结构在实际工作中并没有固定约束部分，处于动平衡状态，主要受到连接铰孔的外载荷，但是有限元求解必须要消除刚体位移，结构不能处于动平衡状态，结构必须为静定或者超静定结构，所以可以通过对动臂结构上某些节点施加约束，所施加的约束刚好可以消除结构的全部刚体自由度，同时也不会对动臂引起附加约束，如果直接在动臂节点上施加约束，由于约束本身会引起附加刚度，所以这样必然会影响计算结果，所以通过弹簧的方式，在节点上建立对地弹簧，约束弹簧端部，通过调整弹簧刚度来避免约束节点对结构产生的附加刚度，同时还可以通过约束弹簧端部来消除刚体位移，如下图所示，同时打开惯性释放。
《大型液压挖掘机工作装置的联合仿真及静动态特性研究》范文
《大型液压挖掘机工作装置的联合仿真及静动态特性研究》篇一一、引言随着现代工业技术的不断发展，大型液压挖掘机作为重要的工程机械之一，其工作装置的性能和效率成为了研究的重要方向。
为了更深入地理解其工作特性和提高工作效率，本文将对大型液压挖掘机工作装置进行联合仿真及静动态特性研究。
本文旨在通过理论分析和仿真实验相结合的方法，探讨其工作过程中的力学特性、动态响应及静态稳定性，为实际工程应用提供理论依据和技术支持。
二、大型液压挖掘机工作装置概述大型液压挖掘机工作装置主要由动臂、斗杆、铲斗等部分组成，通过液压系统驱动，实现挖掘、装载等作业。
其工作性能的优劣直接影响到工程进度和效率。
因此，对其工作装置的静动态特性进行研究具有重要的实际意义。
三、联合仿真方法及模型建立本文采用联合仿真的方法，将理论分析与实际实验相结合，对大型液压挖掘机工作装置进行深入研究。
首先，建立工作装置的数学模型，包括动力学模型、液压系统模型等。
然后，利用仿真软件对模型进行仿真分析，得出工作装置在不同工况下的力学特性和动态响应。
最后，将仿真结果与实际实验数据进行对比，验证模型的准确性。
四、静动态特性研究1. 静态特性研究：在静态工况下，通过仿真和实验研究工作装置的稳定性、刚度和强度等性能指标。
分析不同结构参数和工作条件对静态特性的影响，为优化设计提供依据。
2. 动态特性研究：在动态工况下，研究工作装置的动态响应、振动特性和能量传递等。
通过仿真和实验，分析不同工况下工作装置的动态性能，为提高工作效率和减少能耗提供参考。
五、结果与分析1. 仿真结果：通过联合仿真，得出大型液压挖掘机工作装置在不同工况下的力学特性和动态响应。
仿真结果表明，工作装置在挖掘、装载等作业过程中，受力情况复杂，需要综合考虑多种因素。
2. 实验结果：将仿真结果与实际实验数据进行对比，验证了模型的准确性。
同时，通过实验观察了工作装置在实际工作中的静动态特性，为优化设计和提高工作效率提供了依据。
挖掘装载机装载工作装置动力分析、动态应力仿真研究及动臂结构拓扑优化
挖掘装载机装载工作装置动力分析、动态应力仿真研究及动臂结构拓扑优化一、本文概述本文旨在深入研究挖掘装载机装载工作装置的动力学特性，通过动态应力仿真分析，揭示装载工作装置在作业过程中的应力分布与变化规律，并在此基础上，对动臂结构进行拓扑优化，以提升其结构性能和使用寿命。
研究过程中，将结合理论分析、仿真模拟和实验验证等多种手段，构建全面、精确的动力学模型，并对模型的有效性进行验证。
本文的研究成果将为挖掘装载机的设计与优化提供重要的理论依据和技术支持，有助于提高装载机的作业效率和安全性能，促进挖掘机行业的持续发展。
在文章的结构安排上，首先将对挖掘装载机装载工作装置的动力学特性进行概述，为后续研究奠定基础。
接着，将详细介绍动态应力仿真分析的方法与过程，包括模型的建立、边界条件的设定、仿真结果的分析等。
在此基础上，将探讨动臂结构的拓扑优化方法，包括拓扑优化理论、优化模型的构建以及优化结果的评价等。
将通过实验验证仿真分析的有效性和拓扑优化的可行性，进一步说明研究成果的实用价值和应用前景。
本文将全面深入地挖掘装载机装载工作装置的动力学特性和动态应力变化规律，通过对动臂结构的拓扑优化，为挖掘装载机的设计与优化提供有力支持，推动挖掘机行业的技术进步和创新发展。
二、挖掘装载机装载工作装置动力分析挖掘装载机作为工程机械的重要组成部分，其装载工作装置的动力性能直接决定了机器的作业效率和稳定性。
因此，对挖掘装载机装载工作装置进行动力分析具有重要意义。
动力分析的主要目的是揭示装载工作装置在作业过程中的动力学特性，包括动态响应、振动特性以及能量传递等。
通过动力分析，可以深入了解装载工作装置在不同工况下的受力状态和运动规律，为后续的动态应力仿真研究和结构优化提供理论支持。
在动力分析过程中，通常采用多体动力学仿真软件建立装载工作装置的三维模型，并设置相应的约束条件和驱动函数。
通过仿真计算，可以模拟装载工作装置在实际作业过程中的动态行为，获得关键部件的动态位移、速度和加速度等动力学参数。
液压挖掘机动力学仿真与试验分析
Ｄｙｎａｍｉｃ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｔｅｓｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｅｘｃａｖａｔｏｒ
ＹＵ Ｌａｉｌｉｎｇꎬ ＹＩＮ Ｃｈｅｎｂｏꎬ ＣＨＥＮ Ｃｈａｎｇｌｉｎꎬ ＭＡ Ｗｅｉ
( Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００９４ꎬ Ｃｈｉｎａ)
ｔｈｅ ｆｏｒｃｅ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｔｈｅ ｋｅｙ ｈｉｎｇｅ ｐｏｉｎｔ. Ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ－ｓｔｒａｉｎ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｉｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｔｅｓｔｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｐｌａｔｆｏｒｍ ａｎｄ
ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔ ｉｓ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｆｏｒ ｃｏｓｔ ｓａｖｉｎｇ ａｎｄ ｗｏｒｋｌｏａｄ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ
信息技术
於来玲ꎬ等液压挖掘机动力学仿真与试验分析
ＤＯＩ:１０.１９３４４ / ｊ.ｃｎｋｉ.ｉｓｓｎ１６７１－５２７６.２０２１.０６.０３１
液压挖掘机动力学仿真与试验分析
於来玲ꎬ殷晨波ꎬ陈长林ꎬ马伟
( 南京工业大学 机械与动力工程学院ꎬ江苏 南京 ２１００９４)
摘 要:为探究液压挖掘机在工作时发生疲劳失效的影响ꎬ基于 ＳＹ２３５ 反铲液压挖掘机实验平
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削土壤的深度和密度有关ꎬ基本可以按线性关系进行计
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根据公式进行理论计算可知ꎬ与Ｗ １ 所得的数值进行
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挖掘机动臂结构模态分析
挖掘机动臂结构模态分析王学军(中铁十八局集团有限公司,天津 300222)摘 要:运用Pro/Mechanica软件对挖掘机动臂结构进行模态分析,得到了挖掘机动臂模态的各阶频率与振型及挖掘机动臂的模态频率与挖掘机发动机工作频率之间的关系;通过与针对性试验结果进行比较,验证了Pro/Mechanica结构分析结论的可靠度。
关键词:公路工程机械;挖掘机;动臂;模态分析;Pro/Mechanica中图分类号:U415.51 文献标志码:A 文章编号:1671-2668(2010)02-0101-03 工程机械在使用中不仅需要有较强的静强度,而且需要有很好的动强度和良好的机械性能,如起重设备的吊臂、装载机的大臂、挖掘机的动臂。
因此,在产品设计时,设计人员在考虑机械结构静强度的条件下,还需考虑和研究机械的动强度与性能。
该文采用Pro/Mechanica建立挖掘机动臂三维立体模型,并划分有限元网格,在Pro/Mechanica中定义材料的属性和边界条件,对动臂进行模态分析。
1 基于机构有限元法的动臂结构模态分析结构固有频率的阶次很多,对挖掘机类的工程机械而言,低阶频率对其影响最大,高阶频率影响甚微,并且在工作中的频率能接近高阶频率而产生共振的可能性很小,在进行动臂结构模态分析时,选取动臂的前六阶频率即可满足需要。
在Pro/Mechanica中,动臂结构模态分析主要包括以下三个步骤:(1)根据机构尺寸和需要建立有限元模型。
(2)根据Pro/Mechanica的相关条款定义结构模型的属性和约束条件。
(3)进行模态分析,看机构的工作频率能否避开其固有频率。
采用上述方法,对挖掘机的动臂进行模态分析,得到其前六阶频率与振型(见表1和图1～6)。
表1 动臂模态各阶频率与振型模态号频率/Hz振型模态号频率/Hz振型1 3.93水平弯曲4152.31鼓起254.69垂直弯曲5152.42鼓起3130.70扭转6166.37弯鼓从图1～6可以看出:动臂的一阶模态振型是在图1 动臂一阶振型图2 动臂二阶振型图3 动臂三阶振型图4 动臂四阶振型水平方向发生的弯曲变形;二阶模态振型是在垂直方向发生的弯曲变形;三阶模态振型是动臂自身出现的扭转变形;动臂四阶模态频率值和五阶模态频率值很接近,其模态振型也一样,表现为动臂结构的不同部位出现鼓起状的振动;六阶模态振型表现为图5 动臂五阶振型图6 动臂六阶振型弯曲、鼓起式的振动。
《大型液压挖掘机工作装置的联合仿真及静动态特性研究》
《大型液压挖掘机工作装置的联合仿真及静动态特性研究》一、引言随着工程机械的快速发展，大型液压挖掘机已成为许多领域中的关键施工设备。
本文着重对大型液压挖掘机工作装置的联合仿真及静动态特性进行研究，以进一步理解其工作性能与机械结构。
该研究对于提升设备的操作效率、提高生产效率、降低能耗和确保作业安全等方面具有深远的意义。
二、大型液压挖掘机工作装置概述大型液压挖掘机的工作装置主要包括动臂、斗杆、铲斗等主要部分，通过液压系统驱动，实现挖掘、装载等作业功能。
其工作性能的优劣直接影响到整个机械的运行效率和作业质量。
三、联合仿真研究为了更深入地理解大型液压挖掘机工作装置的工作原理和性能，我们采用了联合仿真的方法。
联合仿真是指将多种仿真技术结合在一起，模拟机械在实际工作环境中的运行情况。
1. 仿真模型建立：首先，我们根据实际机械结构和工作原理，建立了大型液压挖掘机工作装置的仿真模型。
模型包括了动臂、斗杆、铲斗等主要部分，以及液压系统、控制系统等重要部分。
2. 仿真环境设置：为了更好地模拟实际工作环境，我们设置了多种不同的工作场景和工况，包括土质、湿度、坡度等影响因素。
3. 联合仿真：在建立了仿真模型和设置了仿真环境后，我们进行了联合仿真。
通过模拟机械在实际工作环境中的运行情况，我们可以观察到机械的动态性能和静态性能，以及各部分之间的相互作用和影响。
四、静动态特性研究通过联合仿真，我们得到了大型液压挖掘机工作装置的静动态特性数据。
静动态特性是指机械在静态和动态条件下的性能表现。
1. 静态特性研究：在静态条件下，我们研究了动臂、斗杆、铲斗等主要部分的受力情况和变形情况。
通过分析这些数据，我们可以了解机械在静态条件下的稳定性和承载能力。
2. 动态特性研究：在动态条件下，我们研究了机械的响应速度、振动情况、以及各部分之间的相互作用和影响。
通过分析这些数据，我们可以了解机械的动态性能和操作效率。
五、研究结果及分析通过联合仿真和静动态特性研究，我们得到了以下结论：1. 大型液压挖掘机工作装置在静态条件下具有较好的稳定性和承载能力，但在某些极端工况下仍需加强结构强度。
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东北大学硕士学位论文挖掘机载荷谱模拟及动臂动态分析姓名：范磊申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：李奎贤20060101东北大学硕士学位论文第三章切向挖掘阻力的模拟第三章切向挖掘阻力的模拟３．１实际切向挖掘阻力变化过程分析太原重型机械厂进行了建国以来最大一次的挖掘机挖掘实验，在首钢水厂，挖掘爆破不好的铁矿石，共统计了１０３斗的实验数据，随机选出其中正常挖掘状态下的６斗。
为了对挖掘阻力进行初步的分析，做出载荷谱如图３．１所示。
图３．１实际切向挖掘阻力曲线Ｆｉｇ．３．１ＴｈｅｃｕｒｖｅｏｆａｃｔｕａｌｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆＴａｎｇｅｎｔｉａｌａｎｄｄｉｇｇｉｎｇ经过对图象及现场情况的分析：在初始的挖掘过程（Ｏ。
～１０。
）中，由于司机的操作等人为因素导致初始的推压力和提升力偏高从而导致了切向挖掘阻力偏高。
在正常按照对数螺旋线轨迹挖掘时，通过公式（１．１）可以看出在初始挖掘时挖掘厚度为零，切向挖掘阻力为零。
前苏联的挖掘测试实验也可以证明初始的切向挖掘阻力为Ｏ［¨。
由于不是主要挖掘过程，所以在以后讨论中不做主要分析。
３．２建立概率模型由于公式（１．１）在挖掘阻力计算领域具有非常重要地位，并且具有结构简单、计算方便、物理意义明晰的优点所以基于该公式的思想建立概率模型，该公式中的切向痧——料堆安息角，对于铁矿石，＝３８。
把直线方程化为极坐标形式：岛：二圭塑生±旦（３．４）。
ｓｉｎ（０＋００—７／＂）－ｃｏｓ（０＋Ｏｏ一，ｒ）ｔａｎ妒矢径Ｐｌ是随挖掘角度臼变化而变化的向量。
根据公式（３．２）（３．４）画出挖掘轨迹简图３．２如下图３．２挖掘轨迹Ｆｉｇ，３，２Ｔｈｅｔｒａｃｋｏｆｃｕｔｔｉｎｇａｎｄｄｉｇｇｉｎｇ图中００为初始投放角；前苏联的文献有的把水平厚度选做挖掘厚度，工程上也有把竖直厚度作为挖掘厚度的，本文计算选择矢径之差为挖掘厚度：ｃ（缈＝尸一Ｐｔ（３．５）显然，挖掘厚度ｃ也是随挖掘角度目变化的向量。
３．２．２模拟挖掘比阻力随机参数的确定挖掘比阻力随机参数的确定主要是指均值和标准差。
通过对挖掘样本——爆破后的矿石的分析，以及国内应用非常广泛的挖掘比阻力经验值表‘３４１对于爆破不好的矿石，其挖掘比阻力范围（３８０～４２０ｋＮ／ｍ２），并结合现场经验，初步选取挖掘比阻力均值为∥＝３８０ｋＮ／ｍ２，标准差为０＝４０ｋＮ／ｍ２。
３．３模拟切向挖掘阻力载荷谱（１）产生挖掘比阻力的随机数根据前苏联的一些学者提出的挖掘阻力近似符合正态分布‘”，以及太原重型机械厂实验后也得出的同样结论，根据对公式（３．１）分析知其斗宽ｂ是定值，挖掘厚度为确定函数，这样可提出挖掘比阻力盯，是正态分布的假设，利用３．２．２初步选取的均值Ⅳ＝３８０ｋＮ／ｍ２，标准差ｏ－＝４０ｋＮ／ｍ２产生随机数。
（２）计算挖掘厚度利用公式（３．４）来计算挖掘厚度ｃ（９）＝ｐ一岛＝岛，一面赢再－再Ｌｔａ丽ｎ（ｋ＋丽Ｈ丽‘３・６）（３）确定切削边宽度由铲斗的宽度即切削边宽度ｂ；（４）模拟切向挖掘阻力将（３．６）及切削边宽度ｂ代入（３．１）计算，得出随挖掘角度变化的切向挖掘阻力ｗｌ向量。
绘出模拟的切向挖掘阻力与实际的挖掘阻力载荷谱如图３．３，并进行分析和比较。
图３．３切向挖掘力载荷谱Ｆｉｇ．３．３Ｔｈｅｓｐｅｃｔｒｕｍｏｆｔａｎｇｅｎｔｉａｌｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｄｉｇｇｉｎｇ东北大学硕士学位论文第三章切向挖掘阻力的模拟３．４．３元素矩阵Ｍ的统计分析针对太原重型机械厂提供的６个样本，对１０到５６度挖掘过程，进行概率分布统计分析，试着找出其中元素的分布规律。
绘制直方图３．４如下：图３．４挖掘比阻力分布Ｆｉｇ．３．４Ｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｒａｔｉｏｏｆｃｕｔｔｉｎｇａｎｄｄｉｇｇｉｎｇ从该直方图中可看出，挖掘比阻力在３５０ｋＮ／ｍ２左右处概率明显高于其他。
分布形状虽类似正态分布的趋势但不是很明显。
考虑其原因可能是因为该挖掘段的物理意义还不是很明晰，在挖掘矿石过程中，挖掘矿石的物理方式有所变化，特别是当挖掘推压即将结束处于出斗过程时偏差较大，可能正是由于这种挖掘方式的变化导致了挖掘比阻力的不真实，从而掩盖了挖掘比阻力概率分布的真实性。
所以还要进行不同挖掘段的更进一步的细致分析。
３．４．４主要挖掘段的确定及分布规律的统计分析根据相关文献［１４］［１］研究过的铲斗在挖掘矿石过程中的物理意义具有明显的阶段性，包括：预准备挖掘阶段、第１段挖掘阻力上升阶段、第２段挖掘阻力在达到最大值前后的阶段、第３段挖掘阻力快速下降阶段。
预准备阶段具有很大的主观性与司机的挖掘方式有很大关系不属于主要挖掘段。
第ｌ、２阶段属于主要挖掘阶段１０。
～３６。
，完成对矿石挖掘的主要过程。
第３段属于斗不推压只提升过程，矿石滑落进入铲斗。
考虑研究挖掘过程成的３段，第１段：当切向挖掘阻力达到最大值之前１０。
～２０。
的东北大学硕士学位论文第三章切向挖掘阻力的模拟上升阶段，第２段：当切向挖掘阻力达到最大值前后２０。
一３６。
的阶段，第３段：挖掘阻力达到最大值时，再挖掘一小段挖掘后３６。
～４６。
的快速下降阶段。
分段后对每段的挖掘比阻力元素矩阵进行概率统计分析，绘制直方图３．５～３．７如下：图３．５第１段挖掘比阻力Ｆｉｇ．３．５Ｔｈｅｒａｔｉｏｏｆｃｕｔｔｉｎｇａｎｄｄｉｇｇｉｎｇｉｎｆｉｒｓｔｐｅｒｉｏｄ图３．６第２段挖掘比阻力Ｆｉｇ．３．６Ｔｈｅｒａｔｉｏｏｆｃｕｔｔｉｎｇａｎｄｄｉｇｇｉｎｇｉｎｓｅｃｏｎｄｐｅｒｉｏｄ东北大学硕士学位论文第三章切向挖掘阻力的模拟图３．７第３段挖掘比阻力Ｆｉｇ．３．７Ｔｈｅｒａｔｉｏｏｆｃｕｔｔｉｎｇａｎｄｄｉｇｇｉｎｇｉｎｔｈｉｒｄｐｅｒｉｏｄ第１、２段概率分布很明显，第３段３６。
４６。
并没有明显的概率分布特征，分析其原因：由于当切向挖掘阻力达到最大值之后，在出斗的过程中，当切削厚度变薄推挖即将结束时，得出的统计结果和本小节（３）在统计之前的分析结果一致。
所以用公式（３．１）存在一定的偏差，这里将其分布规律近似考虑为正态分布。
这样通过统计分析也从另一方面印证了本节（３）在统计之前提出的第１段和第２段组成了挖掘过程的主要挖掘段，的物理意义是合理的。
３．５实际挖掘比阻力的随机参数估计与检验本文的挖掘比阻力随机参数是指均值和方差。
利用统计学中的统计推断知识。
统计推断是由样本来推断总体，由于不可能进行无限多次挖掘实验，只有在掌握的信息不足的情况下，对挖掘比阻力的总体的均值和方差做归纳性的推理，它不像几何、代数等数学分支中推理的步骤是公认的，结果是确切的，本文的统计推断是由所掌握的样本一挖掘比阻力出发，通过概率方式与总体发生了一种有严格数学意义的联系。
根据样本——挖掘比阻力构造２个统计量：均值和方差。
参数估计中分为两大类：点估计、区间估计：由于区间估计不能给出明确的值，这样会给以后的随机模拟带来困难；点估计具有数值明晰，方便以后计算的特点，所以选择点估计。
点估计中最主要也是最常用的有２种方法：矩估计法、极大似然估计法，二者各有利弊，极大似然估计充分利用了总体分布类型的信息，其估计量有很多优良的性质。
东北大学硕士学位论文第三章切向挖掘阻力的模拟％。
５１－３４１，４０２，３９３，２９９，３５７，３０２，３１５，３２１，２９４，３３３，３５３，３１３，２９７，３０４，１８０，１４７，１４５，１８２，１３８】绘制实际挖掘比阻力与模拟挖掘比阻力曲线如图３．８，分析其差异。
图３．８向挖掘比阻力的比较Ｆｉｇ．３．８Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｃｕｔｔｉｎｇａｎｄｄｉｇｇｉｎｇ通过对图３．８分析可知，用随机数模拟出的挖掘比阻力在趋势和量值上和用真实样本计算出的基本上是一致的。
３．７．３偏差分析分析模拟挖掘比阻力向量ｃｒＫ。
与平均挖掘比阻力向量％；各元素之间的差距，并且需要用实际挖掘比阻力的样本来对比其与平均挖掘比阻力的偏差的合理性。
利用实际单个样本值通过公式（３．７）计算得出在不同挖掘点上的挖掘比阻力，令向量％，。
为实际挖掘比阻力，经圆整后具体数据如下：ｏ－Ｋｍ２［４５６，４０３，３３７，３４４，２９２，２９０，２９２，３２７，３１６，３３５，３３８，３１４，２８９，２４９，２３０，２３ｌ，１６９，１８９，２４２］用下面的式子来其量化其偏差坌Ⅲ二垒！×１００％（３．３３）绘制模拟挖掘比阻力与实际平均挖掘比阻力偏差曲线如图３．９，实际挖掘比阻力单个样本与平均挖掘比阻力偏差曲线如图３．１０。
东北大学硕士学位论文第三章切向挖掘阻力的模拟图３．９模拟挖掘比阻力偏差曲线Ｆｉｇ．３．９Ｔｈｅｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｃｕｔｔｉｎｇａｎｄｄｉｇｇｉｎｇ图３．１０实际挖掘比阻力偏差曲线Ｆｉｇ．３．１０Ｔｈｅｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙｏｆａｃｔｕａｌｒａｔｉｏｏｆｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｃｕｔｔｉｎｇａｎｄｄｉｇｇｉｎｇ从趋势上分析，图中的百分比曲线是围绕着０值上下波动的，这样可以认为模拟的挖掘比阻力是在实际平均挖掘比阻力周围上下变化的。
基本上符合实际的挖掘比阻力样本。
通过观察实际的偏差曲线和模拟的偏差曲线可以得出：①在主要挖掘段：模拟挖掘比阻力相对于平均挖掘比阻力的偏差一般在１５％以内，与实际挖掘比阻力相对于平均挖掘比阻力的偏差一般在１８％以内，东北大学硕士学位论文第三章切向挖掘阻力的模拟②在出斗阶段：３６度以后的偏差相对较大，前面的直方图已经分析过，是由于挖掘比阻力不符合正态分布造成的。
通过现场分析得知：由于挖掘爆破不好铁矿石的随机冲击较大，相对的挖掘比阻力变化也较大，所以与平均值的偏差较大在约为１５％～１８％，对过现场经验分析基本符合现场实际情况。
３．８切向挖掘阻力的模拟与一次检验３．８．１实际和模拟切向挖掘阻力均值的比较利用６个实际挖掘阻力样本，计算出其在主要挖掘段的各个挖掘点上的挖掘阻力平均值，和用随机数产生的在主要挖掘段（１０。
～４６。
）切向挖掘阻力相比较如图３．１１，分析他们之间的特征和量值。
图３．１１切向挖掘力均值比较Ｆｉｇ．３．１１Ｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆａｖｅｒａｇｅｏｆｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｃｕｔｔｉｎｇａｎｄｄｉｇｇｉｎｇ通过对图像的观察可以看出，实际切向挖掘阻力与模拟挖掘阻力曲线的趋势基本上是一致的，并且在幅值上也是十分接近。
３．８．２偏差分析为了从量值上了解实际切向挖掘阻力与模拟切向挖掘阻力曲线的差距，用式（３．３３）计算两者的偏差。
并绘制出模拟切向挖掘阻力与实际切向挖掘阻力之差的百东北大学硕士学位论文第三章切向挖掘阻力的模拟图３．１２切向挖掘阻力均值偏差比较Ｆｉｇ．３．１２Ｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆａｖｅｒａｇｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｃｕｔｔｉｎｇａｎｄｄｉｇｇｉｎｇ从趋势上看，图３．１２中的百分比曲线是围绕着０值上下波动的，符合现场挖掘经验，大部分角度上略高于实际切向挖掘阻力。